CN112436545B - 孤岛/并网双模式下提升微电网运行稳定性的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及微电网领域，旨在提供一种孤岛/并网双模式下提升微电网运行稳定性的控制方法。在微电网的运行过程中包括针对电压控制型逆变器的控制：通过检测逆变器的输出电压和输出电流，计算逆变器输出瞬时有功功率Pout和无功功率Qout；对两个功率参数进行惯量下垂控制，使微电网在孤岛模式下对系统频率变化具有阻尼能力，在并网运行模式下具有阻尼输出功率振荡能力。本发明使得逆变器在孤岛和并网模式下均具有良好的动稳态性能，能够满足两种运行模式的需求。预先检测是否满足并网条件的过程能够保证了模式切换过程可平稳进行，从而提升分布式新能源微电网孤岛及并网运行的灵活性及稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及微电网领域，具体涉及一种孤岛/并网双模式下提升微电网运行稳定性的控制方法。
背景技术
近年来，随着以风电和光伏为代表的新能源的渗透率不断提升，电网高度电力电子化特征逐步凸显，其安全稳定运行面临巨大技术挑战。微电网由于可灵活的运行于孤岛和并网模式，在提升供电可靠性和促进新能源高效消纳等方面有较大优势。
微电网孤岛运行模式需要电压源提供系统电压幅值和频率基准，所以一般采用电压型逆变器控制方法，如下垂控制、虚拟同步机控制等。并网运行模式中大电网可提供电压基准，为实现分布式新能源的即插即用，实现并网与孤岛模式的无缝切换，两种运行模式应尽可能采用相同的控制策略。
但是，传统的下垂控制并不具备惯量和阻尼能力，系统频率及电压仍存在较大越界风险。虚拟同步机控制在并网模式中功率指令发生阶跃变化时，逆变器输出功率调节速度较长且容易产生振荡现象。因此，采用传统下垂控制和虚拟同步发电机控制的微电网控制系统不能同时满足两种运行模式的需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中存在的不足，提供孤岛/并网双模式下提升微电网运行稳定性的控制方法。
为解决技术问题，本发明的解决方案是：
提供一种孤岛/并网双模式下提升微电网运行稳定性的控制方法，所述微电网包括：分布式电源、储能单元、逆变器和交流负荷；分布式电源和储能单元通过逆变器连接到交流母线，交流负荷与交流母线相连，公共大电网通过变压器和并网开关与交流母线连接；
所述逆变器为电压控制型逆变器，微电网的运行过程中包括针对逆变器的控制：通过检测逆变器的输出电压和输出电流，计算逆变器输出瞬时有功功率Pout和无功功率Qout；对两个功率参数进行惯量下垂控制，使微电网在孤岛模式下对系统频率变化具有阻尼能力，在并网运行模式下具有阻尼输出功率振荡能力。
本发明中，所述惯量下垂控制是指，在有功-频率下垂环节中加入超前滞后环节；经过惯量下垂环节及电压电流闭环得到逆变器调制波以用于对逆变器进行控制，无功-电压下垂环节与传统下垂控制相同；
逆变器输出电压参考角频率ωref用于提供逆变器输出电压相位，d轴电压参考值udref用于进行电压电流双闭环控制，其计算公式为：
式中，ω0为系统额定角频率，U0为系统额定电压，Kp为有功-频率下垂系数，Kq为无功-电压下垂系数，Ta为超前环节时间常数，Td为滞后环节时间常数，P0为逆变器额定有功功率，Q0为逆变器额定无功功率。(注：s表明所述分析为频域，不是变量名)
本发明中，当微电网从孤岛运行向并网运行切换时，还包括针对并网开关的控制：
(1)检测逆变器并网点电压uabc和公共电网电压ugabc，经锁相环得到二者电压相位；然后经过相位比较环节判断逆变器和公共电网之间的电压幅值差Δu及相位差Δω是否满足预设的并网条件：
(2)若满足并网条件则闭合并网开关，使微电网与公共电网并联；若不满足并网条件，则通过幅值相位同步单元产生幅值或相位调节量，将其加入到逆变器双环控制中，对逆变器输出电压幅值或相位进行调节，直至满足并网条件。
本发明中，所述步骤(2)中，若幅值差不满足并网条件，则通过幅值相位同步单元产生电压幅值调节信号m·Δu加入到逆变器参考值中；若相位差不满足并网条件，则通过幅值相位同步单元产生电压相位调节信号n·Δω加入到逆变器参考值中；
逆变器输出电压参考角频率ωref用于提供逆变器输出电压相位，d轴电压参考值udref用于进行电压电流双闭环控制，其计算公式为：
式中，ω0为系统额定角频率，U0为系统额定电压，Kp为有功-频率下垂系数，Kq为无功-电压下垂系数，Ta为超前环节时间常数，Td为滞后环节时间常数，P0为逆变器额定有功功率，Q0为逆变器额定无功功率。
本发明中，所述分布式电源包括光伏、风电、水电、燃油发电机或燃气发电机。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明使得逆变器在孤岛和并网模式下均具有良好的动稳态性能，能够满足两种运行模式的需求。
2、本发明的预先检测是否满足并网条件的过程能够保证了模式切换过程可平稳进行，从而提升分布式新能源微电网孤岛及并网运行的灵活性及稳定性。
附图说明
图1是本发明微电网整体示意图。
图2是本发明逆变器控制器及并离网切换原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，进一步详细阐述本发明的内容。
在本实施例中提供了一种提升运行稳定性的微电网控制系统，图1是本发明所述微电网整体示意图。整个系统包括光伏、风电等分布式电源、储能单元、逆变器(DC-AC变流器)、交流负荷、公共电网。所述逆变器为电压控制型逆变器，微电网的运行控制包括针对逆变器和并网开关的控制。
逆变器控制部分通过检测逆变器输出电压uabc、和输出电流iabc，计算得到逆变器输出瞬时有功功率Pout和无功功率Qout，经过惯量下垂环节及电压电流闭环得到逆变器调制波对逆变器进行控制。为了使微电网在孤岛模式下对系统频率变化具有阻尼能力，在并网运行模式中具有阻尼功率振荡能力，本发明在有功-频率下垂环节中加入超前滞后环节，无功-电压下垂环节与传统下垂控制相同，得到逆变器输出电压参考角频率ωref用于提供逆变器输出电压相位，d轴电压参考值udref用于进行电压电流双闭环控制，其计算公式为：
式中，ω0为系统额定角频率，U0为系统额定电压，Kp为有功-频率下垂系数，Kq为无功-电压下垂系数，Ta为超前环节时间常数，Td为滞后环节时间常数，P0为逆变器额定有功功率，Q0为逆变器额定无功功率。
电压控制型逆变器由于对外体现为电压源，为避免并网瞬间的功率冲击，在与大电网并联之前需要对二者电压进行同步。因此在微电网从孤岛运行向并网运行切换时，首先需要检测逆变器并网点电压uabc和公共电网电压ugabc，经锁相环得到二者电压相位，之后经过相位比较环节判断逆变器和公共电网电压幅值差Δu及相位差Δω是否满足并网条件，并网条件可根据具体要求自由设定。
进一步地，若满足并网条件则闭合并网开关，微电网与公共电网并联。若幅值差不满足并网条件，则通过幅值相位同步单元产生电压幅值调节信号m·Δu加入到逆变器参考值中。若相位差不满足并网条件，则通过幅值相位同步单元产生电压相位调节信号n·Δω加入到逆变器参考值中。此时，逆变器输出电压参考角频率ωref和d轴电压参考值udref，计算公式调整为：
式中，ω0为系统额定角频率，U0为系统额定电压，Kp为有功-频率下垂系数，Kq为无功-电压下垂系数，Ta为超前环节时间常数，Td为滞后环节时间常数，P0为逆变器额定有功功率，Q0为逆变器额定无功功率。
综上所述，本发明提供的具备虚拟惯量的微电网控制系统，用于提升微电网在孤岛和并网运行模式的运行稳定性，能够实现两种工作模式的平滑切换。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明的保护单位之内。
Claims (4)
1.一种孤岛/并网双模式下提升微电网运行稳定性的控制方法，所述微电网包括：分布式电源、储能单元、逆变器和交流负荷；分布式电源和储能单元通过逆变器连接到交流母线，交流负荷与交流母线相连，公共大电网通过变压器和并网开关与交流母线连接；其特征在于，
所述逆变器为电压控制型逆变器，微电网的运行过程中包括针对逆变器的控制：通过检测逆变器的输出电压和输出电流，计算逆变器输出瞬时有功功率P out和无功功率Q out；对两个功率参数进行惯量下垂控制，使微电网在孤岛模式下对系统频率变化具有阻尼能力，在并网运行模式下具有阻尼输出功率振荡能力；
所述惯量下垂控制是指，在有功-频率下垂环节中加入超前滞后环节；经过惯量下垂环节及电压电流闭环得到逆变器调制波以用于对逆变器进行控制，无功-电压下垂环节与传统下垂控制相同；
逆变器输出电压参考角频率ω ref用于提供逆变器输出电压相位，d轴电压参考值u dref用于进行电压电流双闭环控制，其计算公式为：
，
式中，ω 0为系统额定角频率，U 0为系统额定电压，K p为有功-频率下垂系数，K q为无功-电压下垂系数，T a为超前环节时间常数，T d为滞后环节时间常数，P 0为逆变器额定有功功率，Q 0为逆变器额定无功功率，s为传递函数中的复变量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当微电网从孤岛运行向并网运行切换时，还包括针对并网开关的控制：
（1）检测逆变器并网点电压u abc和公共电网电压u gabc，经锁相环得到二者电压相位；然后经过相位比较环节判断逆变器和公共电网之间的电压幅值差∆u及相位差∆ω是否满足预设的并网条件；
（2）若满足并网条件则闭合并网开关，使微电网与公共电网并联；若不满足并网条件，则通过幅值相位同步单元产生幅值或相位调节量，将其加入到逆变器双环控制中，对逆变器输出电压幅值或相位进行调节，直至满足并网条件。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤（2）中，若幅值差不满足并网条件，则通过幅值相位同步单元产生电压幅值调节信号m·∆u加入到逆变器参考值中；若相位差不满足并网条件，则通过幅值相位同步单元产生电压相位调节信号n·∆ω加入到逆变器参考值中；
逆变器输出电压参考角频率ω ref用于提供逆变器输出电压相位，d轴电压参考值u dref用于进行电压电流双闭环控制，其计算公式为：
，
式中，ω 0为系统额定角频率，U 0为系统额定电压，K p为有功-频率下垂系数，K q为无功-电压下垂系数，T a为超前环节时间常数，T d为滞后环节时间常数，P 0为逆变器额定有功功率，Q 0为逆变器额定无功功率。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分布式电源是下述至少一种：光伏、风电、水电、燃油发电机或燃气发电机。
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